Разпределение на потока и загуба на налягане в разклонителни връзки

Всеки път, когато една тръба се раздели на две, фитингът, който прави разделянето, решава колко налягане се губи и колко равномерно се разпределя потокът. Астандартен 90 градусов тройниккара течността да завърти остър ъгъл. Странична и истинска звезда заменят този ъгъл с по-плавен ъгъл. Двете често се бъркат и някои каталози използват имената взаимозаменяемо, но тяхната геометрия и поведение са различни.

Това ръководство обяснява разликата, показва стойностите на загубата на налягане и разделянето на потока с помощта на метода Crane TP-410 и дава практичен начин за избор между тях. Всеки раздел излага първо заключението, а след това мотивите. Стойностите са илюстративни скрининг изчисления; окончателният проект принадлежи на вашия тръбен инженер.

Ключови изводи

• Страничната има права линия с едно разклонение на около 45 градуса. Истинската брада разделя входа на два симетрични крака, оформени като буква Y. Търговската употреба варира, така че винаги потвърждавайте геометрията на чертежа.
• И двете намаляват загубите в сравнение с 90-градусов тройник. За тръби с еднакъв размер, като половината от потока отива към разклонението, методът на Крейн дава коефициент на загуба на разклонение от около 0,38 за страничен ъгъл от 45 градуса срещу 1,16 за тройник от 90 градуса, приблизително 67% по-нисък.
• В пример с вода при 2 m/s в тръба NPS 4, тази разлика е 2,31 kPa за тройника срещу 0,76 kPa за страничния клон при 50% разделяне.
• Истинската звезда е симетрична, така че еднаквите крака споделят потока еднакво. Страничният вариант благоприятства правия ход, така че разделянето е неравномерно, освен ако краката надолу по течението нямат значително съпротивление.
• Сливащите се потоци също губят по-малко през 45-градусово кръстовище, отколкото през 90-градусов тройник, а 45-градусов вход намалява шанса страничен поток да наруши основния поток.
• Посочете включени ъгъл, размери, график и стандарт (например ASME B16.9) в поръчката за покупка, тъй като думите lateral, wye и true wye не се използват по един и същи начин от всеки доставчик.

Каква е разликата между страничен и истински Wye?

Страничен е фитинг с прав ход и единичен клон, свързан под ъгъл, обикновено 45 градуса; истинската звезда е симетричен фитинг, при който един вход се разделя на два крака, разположени еднакво далеч от оста на входа, образувайки Y.

Имената идват от различни занаяти, поради което предизвикват объркване. Човек от водопроводната търговия може да поиска "wye", докато парният монтьор поиска "45 градуса страничен" и двете може да означават един и същ монтаж. В каталозите за тръбопроводи и фитинги страничният е прав проход с един клон от 45 градуса, а истинската звезда разделя основния вход симетрично на два изхода.

Източниците описват краката на истинската брада по повече от един начин: някои описват два крака всеки на 22,5 градуса от входната ос (45 градуса между тях), други описват два изхода на 45 градуса. Поради това ъгълът трябва да бъде посочен изрично при поръчка.

Как се сравняват като цяло страничните и истинските Wye фитинги?

Страничният е по-прост, обикновено по-лесен за източник и работи добре, когато едната пътека е очевидно основната; истинската звезда дава симетрично, равномерно разпределение за два равни крака, с по-компактно симетрично оформление, но по-рядко достъпно.

Практическо правило от доставчиците на фитинги е, че за хоризонтален вход страничният отвор се поддържа добре отдолу, докато за вертикален вход истинската звезда дава балансирани натоварвания. Използвайте това като подсказка за оформлението, след което проверете спрямо вашия дизайн за поддръжка.

Кой фитинг има по-ниска загуба на налягане?

45-градусов страничен клон или звезда има много по-ниска загуба на разклонение от 90-градусов тройник: при еднакво разделяне на тръби с еднакъв размер методът на Крейн дава K от около 0,38 за 45-градусов клон спрямо 1,16 за 90-градусов тройник, намаление от приблизително 67%.

Загубата на налягане през фитинг се записва като ΔP=K × ρ × V² / 2, където K е коефициентът на загуба, ρ е плътността на течността, а V е скоростта в комбинираната (входяща) тръба. По-малко K означава по-малко загуба на налягане. Таблицата по-долу използва метода Crane Technical Paper 410 за отклоняващ се поток с еднакъв размер на движение и разклонение, както е внедрено в инженерна библиотека с отворен код. Коефициентът на загуба при движение при този метод е еднакъв за тройника и страничната част (варира от около -0,06 до 0,30 в зависимост от разделянето), така че ползата се показва на клона.

Таблицата показва два модела. Първо, разклонението от 45 градуса има по-ниска загуба при всяко разделяне. Второ, 90-градусов тройник е най-труден за потока, когато по-голямата част от него завива зад ъгъла: при 100% към клона K е около 1,69 за тройника, но около 0,35 за 45-градусовия страничен.

Какво означава това по отношение на натиска?

За вода (1000 kg/m³) при 2 m/s в комбинирана тръба NPS 4 Schedule 40S, загубата на налягане в разклонението е:

При 50% разделяне тройникът губи 2,31 kPa, а страничният клон губи 0,76 kPa. Разлика от около 1,55 kPa на кръстовище изглежда малка, но се умножава в много кръстовища и нараства с квадрата на скоростта: удвояването на скоростта умножава загубата по четири. При услуги с висока скорост или висока плътност, или в системи с много разклонения, икономията става значителна, а за потока, натоварен с суспензия или частици, по-плавният ъгъл също намалява ерозията.

Как ъгълът на разклоняване променя загубата?

По-малките ъгли на завъртане дават по-ниска загуба: използвайки метода на Крейн при равно разделяне, K пада от около 1,16 при 90 градуса до 0,75 при 60 градуса, 0,38 при 45 градуса и 0,23 при 22,5 градуса; истинската wye е от полза, защото всеки крак се обръща само през част от пълния ъгъл.

Таблицата по-долу променя ъгъла на разклоняване при същия метод. Той описва единичен клон, напускащ права линия, така че за истински wye това е ръководство за тенденцията, а не точен набор от данни. За симетричен Y използвайте данните за загубите на производителя, наръчника на Idelchik за хидравлично съпротивление или изследване на CFD.

Методът третира ъгли от около 75 градуса и повече като тройник, така че ползата се появява само когато ъгълът на разклонението падне под този диапазон. Въпреки това тенденцията е ясна: колкото по-малко трябва да се върти потокът, толкова по-малко енергия губи.

Как се различава разпределението на потока между странична и истинска звезда?

Истинската звезда разделя потока равномерно между два еднакви крака, защото е симетрична, докато страничната изпраща по-голям дял през правата линия; неравностите се свиват с увеличаване на съпротивлението на долните крака.

Потокът се разделя, така че спадът на налягането по всеки път е равен. В страничната посока пътят на движение и пътят на разклонението имат различни загуби на кръстовището, така че идеално симетричната система надолу по веригата все още се разделя неравномерно. Таблицата показва дела на потока, отиващ към разклонението за два идентични крака надолу по течението, всеки със съпротивление K_leg, измерено в напори на скоростта. Като грубо ръководство, K_leg от 10 съответства на около 500 диаметъра на права тръба при коефициент на триене 0,02.

Когато краката надолу по веригата са къси и с ниско съпротивление (K_leg от 2), тройникът изпраща само 23% от потока към клона, а страничните изпращат 36%, далеч от равномерното разделяне. Когато всеки крак има съпротивление от 20 (дълги пробези, клапани или оборудване), и двата са в рамките на няколко процентни пункта от 50%, но страничният е все още по-близо. Това са скринингови оценки при посочените допускания. Ако равното разпределение има значение, както е при паралелни топлообменници, реактори или горелки, използвайте симетричен фитинг и включете балансиращи устройства, където процесът го изисква.

Какво се случва, когато потоците се сливат вместо да се разделят?

За сливащи потоци 45-градусово кръстовище също губи по-малко от 90-градусов тройник: при 50/50 сливане в тръби с еднакъв размер, методът на Крейн дава разклонение K от около 0,22 за страничната спрямо 0,41 за тройника.

Сливането под плитък ъгъл позволява на страничния поток да се присъедини към главния поток в почти същата посока, което намалява смесителната турбуленция и шанса страничният поток да се върне обратно в потока. Колекторите за събиране, дренажите и процесните връщания се възползват от това. Стойностите се отнасят за комбинираната изходяща скорост.

Ами ако клонът е по-малък от бягането?

С редуциращ клон, загубите нарастват рязко и за двата фитинга, но страничният 45 градуса остава доста под 90 градуса тройник; в примера клон с половин размер, поемащ половината от потока, има K от около 1,85 за страничния спрямо 5,00 за тройника.

Тези стойности се отнасят за скоростта в по-голямата комбинирана тръба, а високите числа идват от високата скорост в малкия клон. Използвайте ги за сравняване на фитинги, а не като заместител на пълно хидравлично изчисление с включено собствено триене и фитинги на клона.

Как се различават стандартите, размерите и производството?

Страничните части за челно заваряване са обхванати от ASME B16.9 и са широко изработени от неръждаема стомана, например ASTM A403 WP304 и WP316, докато истинските зъбни заварки често се доставят като произведени или специални фитинги с размерите, договорени с доставчика.

Стандарти: ASME B16.9 обхваща фабрично произведени ковани фитинги за челно заваряване, включително странични; размери, като дължини от център до край, са посочени за всеки размер. Кованите заварени втулки и страничните части с резба попадат в ASME B16.11.

Материали: неръждаема стомана (A403 WP304/304L, WP316/316L), дуплекс и никелови сплави са обичайни за корозивни или високотемпературни услуги.

Дебелина на стената: съпоставете графика на свързаната тръба и потвърдете номиналното налягане на произведени или редуцирани версии с доставчика.

Изработени кръстовища: чатала (острата пресечна точка на клона и хода) е мястото с най-висок стрес, така че изработените фитинги се нуждаят от добро качество на заварките, проверка и подсилване в съответствие с кода за проектиране; кованите и безшевни фитинги дават по-равномерно разпределение на напрежението.

Размер: страничните части са физически дълги в сравнение с тройниците, така че позволете допълнителната дължина в оформлението.

За правилата за укрепване на клонове и проектно налягане следвайте управляващия код, като ASME B31.3 за технологични тръбопроводи, и се консултирайте с производителя за номинално налягане на нестандартни фитинги.

Къде обикновено се използват странични и истински Wyes?

Те се използват там, където са важни по-ниски загуби, по-малко ерозия или по-лесно почистване: тръбопроводи, натоварени с тор и частици, дренажи и тръбопроводи за отпадъци, събирателни колектори и технологични линии, където по-нежното разклонение намалява турбуленцията.

• Суспензия и абразивно обслужване: лекият ъгъл намалява удара върху стената на фитинга и намалява ерозията в сравнение с 90-градусов тройник.
• Дренажи, вентилационни отвори и канали за отпадъци: вход от 45 градуса поддържа движението на потока надолу по течението и улеснява почистването.
• Колектори: сливането на страничните потоци под ъгъл намалява смущенията в основния поток.
• Симетрични разделяния: истинска брава захранва два равни крака, като паралелни линии на оборудването.
• Когато пространството е ограничено или разклонението е късо и с нисък поток, стандартният тройник може да бъде по-добрият и по-икономичен избор.

Как трябва да избирате между странично, истинско Wye и Tee?

Изберете странична, когато единият път е основният път и загубата или ерозията са от значение, истинска звезда, когато два равни крака трябва да споделят потока равномерно, и стандартна тройник, когато пространството е ограничено и добавената загуба е приемлива.

Какво трябва да посочите, когато поръчвате странична или истинска брава?

Посочете типа на фитинга и ъгъла с прости думи, размерите на отсечката и разклонението, графика или стената, стандарта, материала и крайните връзки и приложете чертеж, така че да няма двусмислие между звезда, странична и истинска звезда.

• Тип и геометрия: "45 градуса странично" или "истинска звезда, включен ъгъл X градуса," със скица, показваща кой крак е ходът.
• Размери: размер на изпълнение и размер на клона, като се отбележи дали фитингът намалява.
• Дебелина на стената или график за всеки край.
• Стандарт и материал: например ASME B16.9 и ASTM A403 WP316L, с необходимите сертификати.
• Крайни връзки: челно заваряване, заваряване с гнездо или резба и съответния стандарт.
• Специални изисквания: ковани срещу произведени, инспекция и NDT, чистота и номинално налягане за нестандартни конструкции.

Често задавани въпроси

Каква е разликата между латерална и истинска уай?

Страничният е прав ход с едно разклонение на около 45 градуса. Истинската брада разделя един вход на два симетрични крака. Търговската употреба варира и някои доставчици третират "wye" и "lateral" като един и същ фитинг, така че уточнете геометрията.

Кое има по-нисък спад на налягането, звезда или тройник?

Wye или странично. При еднакво разделяне на тръби с еднакъв размер, методът на Крейн дава коефициент на загуба на разклонение от около 0,38 за страничен ъгъл от 45 градуса в сравнение с около 1,16 за тройник от 90 градуса.

Истинската бяла вълна осигурява ли равномерно разделяне на потока?

Да, за два еднакви крака надолу по веригата, защото монтажът е симетричен. Страничната част благоприятства правия ход, така че нейното разделяне е неравномерно, освен ако краката надолу по течението нямат голямо съпротивление.

Какъв стандарт обхваща страничните фитинги?

ASME B16.9 обхваща страничните части с челно заваряване, а ASME B16.11 обхваща кованите фитинги с гнездо и резба. Истинските Wyes често се доставят като специални или произведени фитинги.

Едно и също ли е страничен тройник?

Не точно. Страничен тройник е страничен, комбиниран с коляно от 45 градуса на клона, така че клонът завършва перпендикулярно на хода.

По-добри ли са фитингите тип Wye за тор?

Често да. Ъгълът от 45 градуса намалява удара и турбуленцията в сравнение с тройника от 90 градуса, което намалява ерозията и улеснява почистването, въпреки че материалът и скоростта все още управляват живота на ерозията.

Как да изчисля загубата на налягане през разклонителен фитинг?

Използвайте ΔP=K × ρ × V² / 2, където K идва от метод като Crane TP-410 или Idelchik, а V е скоростта в комбинираната тръба. K зависи от разделянето на потока, размерите на тръбите и ъгъла на разклонение.